Конденсаторным называют асинхронный электродвигатель, который питается от однофазной сети, имеет на статоре 2 обмотки: первая питается от сети непосредственно, а вторая — последовательно с электроконденсатором, чтобы создавать вращающееся магнитное поле. Конденсаторы образуют сдвиг по фазе токов обмоток, оси у которых повернуты в пространстве.
Максимальная величина вращающегося момента достигается при сдвиге фаз токов на 90°, причем именно в тот момент, когда их амплитуды подбираются так, чтобы вращающееся поле было круговым. Во время пуска конденсаторных асинхронных двигателей оба конденсатора подключены, но сразу же после разгона один из них обязательно отключают. Это объясняется тем, что для номинальной частоты вращения необходима значительно меньшая емкость, нежели при самом пуске. Конденсаторный асинхронный электродвигатель по своим пусковым и рабочим параметрам очень похож на трехфазный асинхронный двигатель. Его используют в электроприводах небольшой мощности; если необходима мощность свыше 1 кВт, такой электродвигатель использовать нецелесообразно, ввиду высокой стоимости и размеров конденсаторов.
Асинхронный электродвигатель, питаемый от однофазной сети и имеющий на статоре две обмотки, одна из которых включается в сеть непосредственно, а другая — последовательно с электрическим конденсатором для образования вращающегося магнитного поля. Конденсаторы создают сдвиг фаз между токами обмоток, оси которых сдвинуты в пространстве. Наибольший вращающий момент развивается, когда сдвиг фаз токов составляет 90°, а их амплитуды подобраны так, что вращающееся поле становится круговым. При пуске К. а. д. оба конденсатора включены, а после его разгона один из конденсаторов отключают; это обусловлено тем, что при номинальной частоте вращения требуется значительно меньшая емкость, чем при пуске. К. а. д.
по пусковым и рабочим характеристикам близок к трёхфазному асинхронному двигателю.
Применяется в электроприводах малой мощности; при мощностях свыше 1 квт используется редко вследствие значительной стоимости и размеров конденсаторов.
Трёхфазный асинхронный электродвигатель, включаемый через конденсатор в однофазную сеть.
Рабочая ёмкость конденсатора для 3-фазного двигателя определяется по формуле Ср = 2800 1/U мкф, если обмотки соединены по схеме «звезда», или Ср = 48001/U (мкф), если обмотки соединены по схеме «треугольник». Ёмкость пускового конденсатора Сп=(2,5 — 3)Ср. Рабочее напряжение конденсаторов должно быть в 1,5 раза выше напряжения сети; конденсаторы устанавливаются обязательно бумажные.
Эти двигатели используются в устройствах автоматики, служат для преобразования подводимого к ним электрического сигнала в механическое перемещение вала. Исполнительные двигатели являются управляемыми двигателями. При заданном моменте нагрузки скорость двигателя должна строго соответствовать подводимому напряжению и меняться при изменении его величины и фазы. В качестве исполнительных двигателей применяются, главным образом, двухфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (рис. 2.19а).
Рис. 2.19. Принципиальная схема асинхронного исполнительного двигателя (а)
и векторные диаграммы его напряжений при амплитудном (б) и фазовом (в) методах управления.
Одна из обмоток статора B, называемая обмоткой возбуждения, подключается к сети переменного тока с постоянным действующим значением напряжения 
. Ко второй обмотке статора У, называемой обмоткой управления, подключается напряжение управления 
, от управляющего устройства УУ.
Различают три основных способа изменения напряжения на обмотке управления: амплитудное, фазовое и амплитудно-фазовое.
При амплитудном управлении изменяется лишь величина амплитуды напряжения управления или пропорциональное ей действующее значение 
может быть оценена коэффициентом сигнала 
. Векторы напряжений управления и возбуждения при всех значениях коэффициента 
образуют угол 
.Фазовое управление характерно тем, что напряжение управления 
остается неизменным по величине, а регулирование скорости достигается изменением угла сдвига фаз 
и возбуждения 
, т. е. 
. При амплитудно-фазовом управлении изменяется как амплитуда напряжения управления, так и угол сдвига фаз между напряжениями 
и 
При всех методах управления скорость асинхронного двигателя изменяется за счет создания несимметричного эллиптического магнитного поля.
studfiles.net
Конденсаторным называют асинхронный электродвигатель, который питается от однофазной сети, имеет на статоре 2 обмотки: первая питается от сети непосредственно, а вторая — последовательно с электроконденсатором, чтобы создавать вращающееся магнитное поле. Конденсаторы образуют сдвиг по фазе токов обмоток, оси у которых повернуты в пространстве.
Максимальная величина вращающегося момента достигается при сдвиге фаз токов на 90°, причем именно в тот момент, когда их амплитуды подбираются так, чтобы вращающееся поле было круговым. Во время пуска конденсаторных асинхронных двигателей оба конденсатора подключены, но сразу же после разгона один из них обязательно отключают. Это объясняется тем, что для номинальной частоты вращения необходима значительно меньшая емкость, нежели при самом пуске. Конденсаторный асинхронный электродвигатель по своим пусковым и рабочим параметрам очень похож на трехфазный асинхронный двигатель. Его используют в электроприводах небольшой мощности; если необходима мощность свыше 1 кВт, такой электродвигатель использовать нецелесообразно, ввиду высокой стоимости и размеров конденсаторов.
Асинхронный электродвигатель, питаемый от однофазной сети и имеющий на статоре две обмотки, одна из которых включается в сеть непосредственно, а другая — последовательно с электрическим конденсатором для образования вращающегося магнитного поля. Конденсаторы создают сдвиг фаз между токами обмоток, оси которых сдвинуты в пространстве. Наибольший вращающий момент развивается, когда сдвиг фаз токов составляет 90°, а их амплитуды подобраны так, что вращающееся поле становится круговым. При пуске К. а. д. оба конденсатора включены, а после его разгона один из конденсаторов отключают; это обусловлено тем, что при номинальной частоте вращения требуется значительно меньшая емкость, чем при пуске. К. а. д.
по пусковым и рабочим характеристикам близок к трёхфазному асинхронному двигателю.
Применяется в электроприводах малой мощности; при мощностях свыше 1 квт используется редко вследствие значительной стоимости и размеров конденсаторов.
Трёхфазный асинхронный электродвигатель, включаемый через конденсатор в однофазную сеть.
Рабочая ёмкость конденсатора для 3-фазного двигателя определяется по формуле Ср = 2800 1/U мкф, если обмотки соединены по схеме «звезда», или Ср = 48001/U (мкф), если обмотки соединены по схеме «треугольник». Ёмкость пускового конденсатора Сп=(2,5 — 3)Ср. Рабочее напряжение конденсаторов должно быть в 1,5 раза выше напряжения сети; конденсаторы устанавливаются обязательно бумажные.
Эти двигатели используются в устройствах автоматики, служат для преобразования подводимого к ним электрического сигнала в механическое перемещение вала. Исполнительные двигатели являются управляемыми двигателями. При заданном моменте нагрузки скорость двигателя должна строго соответствовать подводимому напряжению и меняться при изменении его величины и фазы. В качестве исполнительных двигателей применяются, главным образом, двухфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (рис. 2.19а).
Рис. 2.19. Принципиальная схема асинхронного исполнительного двигателя (а)
и векторные диаграммы его напряжений при амплитудном (б) и фазовом (в) методах управления.
Одна из обмоток статора B, называемая обмоткой возбуждения, подключается к сети переменного тока с постоянным действующим значением напряжения 
. Ко второй обмотке статора У, называемой обмоткой управления, подключается напряжение управления 
, от управляющего устройства УУ.
При амплитудном управлении изменяется лишь величина амплитуды напряжения управления или пропорциональное ей действующее значение 
этого напряжения (рис.2.19б). Величина напряжения управления 
может быть оценена коэффициентом сигнала 
.
Векторы напряжений управления и возбуждения при всех значениях коэффициента 
образуют угол 
.Фазовое управление характерно тем, что напряжение управления 
между векторами управления и возбуждения (рис. 2.19в). В качестве коэффициента сигнала при фазовом управлении принимается величина, равная синусу угла сдвига фаз между векторами напряжений управления 
и возбуждения 
, т. е. 
. При амплитудно-фазовом управлении изменяется как амплитуда напряжения управления, так и угол сдвига фаз между напряжениями 
и 
, подаваемыми на обмотки статора. Этот способ осуществляется практически путем включения в цепь обмотки возбуждения конденсатора, поэтому схема амплитудно-фазового управления часто называется конденсаторной.
При всех методах управления скорость асинхронного двигателя изменяется за счет создания несимметричного эллиптического магнитного поля.
studfiles.net
Добрый день, уважаемые читатели блога nasos-pump.ru
Конденсаторы
В рубрике «Принадлежности» рассмотрим конденсаторы для однофазных асинхронных двигателей переменного тока. У трехфазных двигателей при подключении к сети питания возникает вращающееся магнитное поле, за счет которого и происходит запуск двигателя. В отличие от трехфазных двигателей, у однофазных в статоре имеется две обмотки рабочая и пусковая. Рабочая обмотка подключена к однофазной сети питания напрямую, а пусковая последовательно с конденсатором. Конденсатор необходим для создания сдвига фаз между токами рабочей и пусковой обмоток. Самый большой вращающий момент в двигателе возникает тогда, когда сдвиг фаз токов обмоток достигает 90°, а их амплитуды создают круговое вращающееся поле. Конденсатор является элементом электрической цепи и предназначен для использования его ёмкости. Он состоит из двух электродов или правильней обкладок, которые разделёны диэлектриком. Конденсаторы имеют возможность накапливать электрическую энергию. В Международной системе единиц СИ за единицу ёмкости принимается ёмкость конденсатора, у которого на один вольт возрастает разность потенциалов при сообщении ему заряда в один кулон (Кл). Емкость конденсаторов измеряется в фарадах (Ф). Емкость в одну фараду очень большая. На практике используются более мелкие единицы измерения микрофарады (мкФ) одна мкФ равняется 10-6 Ф, пикофарады (пФ) одна пФ равняется 10-12 мкФ. В однофазных асинхронных двигателях в зависимости от мощности используются конденсаторы емкостью от нескольких до сотен мкФ.
Основные электрические параметры и характеристики
К основным электрическим параметрам конденсаторов для асинхронных двигателей относятся: номинальная емкость конденсатора и номинальное рабочее напряжение. Кроме этих параметров существует еще температурный коэффициент емкости (ТКЕ), тангенс угла потерь (tgd), электрическое сопротивление изоляции.
Емкость конденсатора. Свойство конденсатора накапливать и удерживать электрический заряд характеризуется его емкостью. Емкость (С) определяется как отношение накопленного в конденсаторе заряда (q), к разности потенциалов на его электродах или приложенному напряжению (U). Емкость конденсаторов зависит от размеров и формы электродов, их расположения друг относительно друга, а также материала диэлектрика который разделяет электроды. Чем емкость конденсатора больше, тем и накопленный им заряд больше Удельная ёмкость конденсатора – выражает отношение его ёмкости к объёму. Номинальная ёмкость конденсатора – это ёмкость, которую имеет конденсатор согласно нормативной документации. Фактическая же ёмкость каждого отдельного конденсатора отличается от номинальной, но она должна быть в пределах допускаемых отклонений. Значения номинальной ёмкости и ее допустимое отклонение в различных типах конденсаторов постоянной ёмкости установлена стандартом.
Номинальное напряжение – это то значение напряжения обозначенное на конденсаторе, при котором он работает в заданных условиях длительное время и при этом сохраняет свои параметры в допустимых пределах. Значение номинального напряжения зависит от свойств используемых материалов и конструкции конденсаторов. В процессе эксплуатации рабочее напряжение на конденсаторе не должно превышать номинальное. У многих типов конденсаторов при увеличении температуры допустимое номинальное напряжение снижается.
Температурный коэффициент емкости (ТКЕ) – это параметр выражающий линейную зависимостью емкости конденсатора от температуры внешней среды. На практике ТКЕ определятся как относительное изменение емкости при изменении температуры на 1°С. Если эта зависимость нелинейная, то ТКЕ конденсатора характеризуется относительным изменением емкости при переходе от нормальной температуры (20±5°С) к допустимому значению рабочей температуры. Для конденсаторов используемых в однофазных двигателях этот параметр важный и должен быть как можно меньше. Ведь в процессе эксплуатации двигателя его температура повышается, а конденсатор находится непосредственно на двигателе в конденсаторной коробке.
Тангенс угла потерь (tgd). Потеря накопленной энергии в конденсаторе обусловлена потерями в диэлектрике и его обкладках. Когда через конденсатор протекает переменный ток, то векторы тока и напряжения сдвинуты относительно друг друга на угол (d). Этот угол (d) и называют углом диэлектрических потерь. Если потери отсутствуют, то d=0. Тангенс угла потерь это отношение активной мощности (Pа) к реактивной (Pр) при напряжении синусоидальной формы определённой частоты.
Электрическое сопротивление изоляции – электрическое сопротивление постоянному току, определяется как отношение приложенного к конденсатору напряжения (U) , к току утечки (Iут), или проводимости. Качество применяемого диэлектрика и характеризует сопротивление изоляции. Для конденсатора с большой емкостью сопротивление изоляции обратно пропорционально его площади обкладок, или его ёмкости.
На конденсаторы оказывает очень сильное воздействие влага. Асинхронные электродвигатели используемые в насосном оборудовании перекачивают воду, и высока вероятность попадания влаги на двигатель и в конденсаторную коробку. Воздействие влаги приводит к снижению сопротивления изоляции (возрастает вероятность пробоя), увеличению тангенса угла потерь, коррозии металлических элементов конденсатора.
Кроме всего при эксплуатации двигателя на конденсаторы воздействует различного вида механические нагрузки: вибрация, удары, ускорение и т.д. Как следствие могут появится обрыв выводов, трещины и уменьшение электрической прочности.
Рабочий и пусковой конденсаторы
В качестве рабочих и пусковых используются конденсаторы с оксидным диэлектриком (ранее они назвались электролитическими) Рабочие и пусковые конденсаторы для асинхронных двигателей включаются в сеть переменного тока, и они должны быть неполярными. Они имеют сравнительно большое 450 вольт для оксидных конденсаторов рабочее напряжение, которое в два раза превышает напряжение промышленной сети. На практике применяются конденсаторы с емкостью порядка десятков и сотен микрофарад. Как мы говорили выше, рабочий конденсатор используется для получения вращающего магнитного поля. Пусковая же емкость используется для получения магнитного поля, необходимого для повышения пускового момента электродвигателя. Пусковой конденсатор подключается параллельно рабочему через центробежный выключатель. Когда есть пусковая емкость вращающееся магнитное поле асинхронного двигателя в момент пуска приближается к круговому, а магнитный поток увеличивается. Это повышает пусковой момент и улучшает характеристики двигателя. При достижении асинхронным двигателем оборотов достаточных для отключения центробежного выключателя, пусковая емкость отключается и двигатель остается в работе только с рабочим конденсатором. Схема включения рабочего и пускового конденсаторов приведены на (Рис. 1).
Схема с рабочим и пусковым конденсаторами
В таблице приведены обособленные характеристики рабочих и пусковых конденсаторов для асинхронных двигателей.
|
| РАБОЧИЙ | ПУСКОВОЙ |
| Назначение | Для асинхронных электродвигателей | Для асинхронных электродвигателей |
| Схема подключения | Последовательно с пусковой обмоткой электродвигателя | Параллельно рабочему конденсатору |
| В качестве | Фазосмещающего элемента | Фазосмещающего элемента |
| Для чего | Для получения кругового вращающееся магнитного поля, необходимого для работы электродвигателя | Для получения магнитного поля, необходимого для повышения пускового момента электродвигателя |
| Время включения | В процессе эксплуатации электродвигателя | В момент пуска электродвигателя |
Эксплуатация, обслуживание и ремонт
В процессе эксплуатации насосного оборудования с однофазным асинхронным двигателем особое внимание следует обращать на питающее напряжение электрической сети. В случае пониженного напряжения сети, как известно, снижается пусковой момент и частота вращения ротора, из-за увеличения скольжения. При низком напряжении увеличивается также нагрузка на рабочий конденсатор и возрастает время запуска двигателя. В случае значительного провала напряжения питания более 15% высока вероятность того, что асинхронный двигатель не запустится. Очень часто при низком напряжении выходит из строя рабочий конденсатор из-за повышенных токов и перегрева. Он расплавляется и из него вытекает электролит. Для ремонта необходимо приобрести и установить новый конденсатор соответствующей емкости. Очень часто случается, что нужного конденсатора под рукой нет. В этом случае можно подобрать требуемую емкость из двух или даже трех и четырех конденсаторов, подключив их параллельно. Здесь следует обратить внимание на рабочее напряжение, оно должно быть не ниже, чем напряжение на заводском конденсаторе. Общая емкость конденсатора(ов) должна отличаться от номинала не более чем 5%. Если установить емкость большего номинала, то двигатель запустится в работу и будет работать, но при этом начнет греться. Если с помощью клещей измерить номинальный ток двигателя, то ток будет завышен. Так как полное электрическое сопротивление цепи в обмотках двигателя состоит из активного сопротивления цепи и реактивного сопротивления обмоток двигателя и емкости, то с увеличением емкости общее сопротивление возрастает. Сдвиг фаз токов в обмотках из-за увеличения полного сопротивления электрической цепи обмоток после запуска двигателя сильно уменьшится, магнитное поле из синусоидального превратится в эллиптическое, и рабочие характеристики асинхронного двигателя очень сильно ухудшаются, снижается КПД и возрастают тепловые потери.
Иногда бывает, что вместе с конденсатором выходит из строя и пусковая обмотка однофазного двигателя. В такой ситуации стоимость ремонта резко возрастает, ибо надо не только заменить конденсатор, но еще и перемотать статор. Как известно, перемотка статора одна из самых дорогих операций при ремонте двигателя. Очень редко, но бывает и такая ситуация когда при низком напряжении выходит из строя только пусковая обмотка, а конденсатор при этом остается рабочим. Для ремонта двигателя нужно перематывать статор. Все эти ситуации с двигателем случаются при низком напряжении однофазной питающей сети. Для решения этой проблемы в идеальном случае необходим стабилизатор напряжения.
Спасибо за оказанное внимание
P.S. Понравился пост? Порекомендуйте его своим друзьям и знакомым в социальных сетях.
nasos-pump.ru
• Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели
По своему устройству однофазный асинхронный двигатель аналогичен трехфазному и состоит из статора, в пазах которого уложена однофазная обмотка (см. рис. 8.8), и короткозамкнутого ротора. Особенность работы однофазного асинхронного двигателя заключается в том, что при включении однофазной обмотки статора С1—С2 в сеть (рис. 16.1) МДС статора создает не вращающийся, а пульсирующий магнитный поток (см. § 9.4) с амплитудой Фmах, изменяющейся от + Фmах до – Фmах При этом ось магнитного потока остается неподвижной в пространстве.
Для объяснения принципа действия однофазного двигателя пульсирующий поток Фmах разложим на два вращающихся в противоположные стороны потока Фпр и Фобр (рис. 16.2), каждый из которых равен 0,5Фmax и вращается с частотой (об/мин)
nпр = nобр = f160/ p = n1
Условимся считать поток Фпр вращающийся в направлении вращения ротора, прямым, а поток Фо6р -обратным. Допустим, что ротор двигателя вращается против часовой стрелки, т. е. в направлении потока Фпр.
Частота вращения ротора n2 меньше частоты вращения магнитного поля статора n1, поэтому скольжение ротора относительно вращающегося потока Фпр будет
sпр = (n1 – n2)/ n1 = s(16.1)
Обратный поток Фобр вращается противоположно ротору, поэтому частота вращения ротора n2 относительно Фобр - отрицательная. В этом случае скольжение ротора относительно Фобр определится выражением
sобр = 
(16.2)
Прямое поле наводит в обмотке ротора ЭДС Е2пр, а обратное поле — ЭДС Е2обр. Эти ЭДС создают в обмотке ротора токи I/2пр и I/2обр.
Известно, что частота тока в роторе пропорциональна скольжению (f2 = sf1). Так как snp < sобр, то частота тока I/2обр намного больше частоты тока I/2пр. Так, для однофазного двигателя с n1 = 1500 об/мин, n2 = 1450 об/мин и f1 = 50 Гц получим:
snp = (1500 - 1450)/ 1500 = 0,033;
f2пр= 0,033 - 50 = 1,8 Гц;
sобр = (1500 +1450)/ 1500 = 1,96;
f2о6р = 1,96 - 50 = 98 Гц.
Рис.16.1 Схема включения однофазного
асинхронного двигателя
Индуктивное сопротивление обмотки ротора току I/2обр во много раз больше ее активного сопротивления (потому что f2обр >>f2пр). Ток I/2о6р является почти чисто индуктивным, оказывающим сильное размагничивающее действие на обратное поле Фобр. В результате обратное поле и обусловленный им момент Мобр оказываются значительно ослабленными и ротор однофазного двигателя вращается и направлении прямого поля под действием момента
М = Мпр - М06р, (16.3)
где Мпр — электромагнитный момент, обусловленный прямым полем.
Рис. 16.2. Разложение пульсирующего магнитного потока на два вращающихся
На рис. 16.3 представлен график зависимости вращающего момента М в функции скольжения s = sпр. Этот график получен путем наложения графиков Мпр = f(snp) и Мо6р = f(sобр)- При малых значениях скольжения s, что соответствует работе двигателя в пределах номинальной нагрузки, вращающий момент М создается главным образом моментом Мпр.
При sпр = sобр = 1 моменты Мпр и Мо6р равны, а поэтому пусковой момент однофазного двигателя равен нулю. Следовательно, однофазный асинхронный двигатель не может самостоятельно прийти во вращение при подключении его к сети, а нуждается в первоначальном толчке, так как лишь при s ≠ 1 на ротор двигателя действует вращающий момент М = Мпр - Мобр
Рис. 16.3. Механические характе- Рис. 16.4. Схема однофазного ристики однофазного асинхронного асинхронного двигателя с пусковой двигателя обмоткой
Приведенные на рис. 16.3 зависимости моментов показывают, что однофазный асинхронный двигатель не создает пускового момента. Чтобы этот момент появился, необходимо во время пуска двигателя создать в нем вращающееся магнитное поле. С этой целью на статоре двигателя помимо рабочей обмотки А применяют еще одну обмотку — пусковую В. Эти обмотки располагают на статоре обычно так, чтобы их оси были смещены относительно друг друга на 90 эл. град. Кроме того, токи в обмотках статора 
и 
должны быть сдвинуты по фазе относительно друг друга. Для этого в цепь пусковой обмотки включают фазосмещающий элемент (ФЭ), в качестве которого могут быть применены активное сопротивление, индуктивность или ем кость (рис. 16.4). По достижении частотой вращения значения близкого к номинальному, пусковую обмотку В отключают с по мощью реле. Таким образом, во время пуска двигатель является двухфазным, а во время работы — однофазным.
Для получения вращающегося магнитного поля посредством двух обмоток на статоре, смещенных относительно друг друга на 90 эл. град, необходимо соблюдать следующие условия (рис. 16.5):
а) МДС рабочей и пусковой обмоток 
и
должны быть и равны и сдвинуты в пространстве относительно друг друга на 90 эл. град;
б) токи в обмотках статора 
и
должны быть сдвинуты по фазе относительно друг друга на 90°.
При строгом соблюдении указанных условий вращающееся поле статора является круговым, что соответствует наибольшему вращающему моменту. При частичном нарушении какого-либо из условий поле статора становится эллиптическим, содержащим обратную составляющую (см. рис. 9.5, б). Обратная составляющая поля создает тормозной момент и ухудшает пусковые свойства двигателя.
Из векторных диаграмм, приведенных на рис. 16.6, видно, что активное сопротивление и индуктивность в качестве ФЭ не обеспечивают получения фазового сдвига между токами в 90°. Лишь только емкость С в качестве ФЭ обеспечивает фазовый сдвиг ψ = 90°. Значение этой емкости выбирают таким, чтобы ток пусковой обмотки 
в момент пуска (s = 1) опережал по фазе напряжение 
, на угол φв, дополняющий угол φА до 90°:
Рис. 16.5. Получение вращающегося магнитного
поля двухфазной системой токов
Если при этом обе обмотки создают одинаковые по значению МДС, то в начальный период пуска вращающееся поле окажется круговым и двигатель будет развивать значительный начальный пусковой момент. Однако применение емкости в качестве ФЭ часто ограничивается значительными габаритами конденсаторов, тем более что для получения кругового поля требуются конденсаторы значительной емкости. Например, для однофазного двигателя мощностью 200 Вт необходима емкость 30 мкФ при рабочем напряжении 300—500 В.
Получили распространение однофазные двигатели с активным сопротивлением в качестве ФЭ. При этом повышенное активное сопротивление пусковой обмотки достигается тем, что она выполняется проводом уменьшенного сечения (по сравнению с проводом рабочей обмотки). Так как эта обмотка включена на непродолжительное время (обычно несколько секунд), то такая ее конструкция вполне допустима. Пусковой момент таких двигателей обычно не превышает номинального, но это вполне приемлемо при пуске двигателей при небольшой нагрузке на валу.
Рис. 16.6. Сравнение свойств фазосмещающих элементов:
а — активное сопротивление, б — индуктивность, в — емкость, г — механические характеристики двигателя при различных фазосмещающих элементах; 1 — активное сопротивление; 2 — емкость
Применение емкости в качестве ФЭ позволяет получить пусковой момент Мп = (1,6÷2,0) Мном. На рис. 16.6, г приведены механические характеристики однофазного асинхронного двигателя при различных ФЭ. Для большей наглядности значения момента даны в относительных единицах.
studfiles.net
Асинхронный конденсаторный двигатель имеет на статоре две обмотки, занимающие одинаковое число пазов и сдвинутые в пространстве относительно друг друга на 90 эл. град. Одну из обмоток — главную — включают непосредственно в однофазную сеть, а другую — вспомогательную — включают в эту же сеть, но через рабочий конденсатор Сра6 (рис. 16.7, а).
В отличие от рассмотренного ранее однофазного асинхронного двигателя в конденсаторном двигателе вспомогательная обмотка после пуска не отключается и остается включенной в течение всего периода работы, при этом емкость Сраб создает фазовый сдвиг между токами 
и 
.
Таким образом, если однофазный асинхронный двигатель по окончании процесса пуска работает с пульсирующей МДС статора, то конденсаторный двигатель - с вращающейся. Поэтому конденсаторные двигатели по своим свойствам приближаются к трехфазным двигателям.
Необходимая для получения кругового вращающегося поля емкость (мкФ)
Cраб = 1,6 
105 IA sin φA / (f1UA k2), (16.4)
при этом отношение напряжений на главной UА и на вспомогательной UBобмотках должно быть
UA /UB = tg φA ≠ 1.
ЗдесьφA - угол сдвига фаз между током 
и напряжением 
при круговом поле; k = ωB kB/ (wAkA) - коэффициент трансформации, представляющий собой отношение
Рис. 16.7. Конденсаторный двигатель:
а— с рабочей емкостью, б — с рабочей и пусковой емкостями, в — механические характеристики; 1— при рабочей емкости, 2— при рабочей и пусковой емкостях
эффективных чисел витков вспомогательной и главной обмоток; kAи kB— обмоточные коэффициенты обмоток статора.
Анализ (16.4) показывает, что при заданных коэффициенте трансформации kи отношении напряжений UA/ UBемкость Сра6 обеспечивает получение кругового вращающегося поля лишь при одном, вполне определенном режиме работы двигателя. Если же и изменится режим (нагрузка), то изменятся и ток IAи фазовый угол φA, а следовательно, и Сраб, соответствующая круговому полю. Таким образом, если нагрузка двигателя отличается от расчетной, то вращающееся поле двигателя становится эллиптическим и рабочие свойства двигателя ухудшаются. Обычно расчет Сраб ведут для номинальной нагрузки или близкой к ней.
Обладая сравнительно высокими КПД и коэффициентом мощности (соs φ1 = 0,80 ÷ 0,95), конденсаторные двигатели имеют неудовлетворительные пусковые свойства, так как емкость Сраб обеспечивает круговое поле лишь при расчетной нагрузке, а при пуске двигателя поле статора эллиптическое. При этом пусковой момент обычно не превышает 0,5МНОМ.
Для повышения пускового момента параллельно емкости Сраб включают емкость Спуск, называемую пусковой(рис. 16.7, б). Величину Спуск выбирают, исходя из условия получения кругового поля статора при пуске двигателя, т. е. получения наибольшего пускового момента. По окончании пуска емкость Спуск следует отключать, так как при небольших скольжениях в цепи обмотки статора, содержащей емкость Си индуктивность L, возможен резонанс напряжений, из-за чего напряжение на обмотке и на конденсаторе может в два-три раза превысить напряжение сети.
При выборе типа конденсатора следует помнить, что его рабочее напряжение определяется амплитудным значением синусоидального напряжения, приложенного к конденсатору Uc. При круговом вращающемся поле это напряжение (В) превышает напряжение сети U1и определяется выражением
Uc = U1 
(16.5)
Рис 16.8. Схемы включения двухфазного двигателя в трехфазную сеть
Конденсаторные двигатели иногда называют двухфазными, так как обмотка статора этого двигателя содержит две фазы. Двухфазные двигатели могут работать и без конденсатора или другого ФЭ, если к фазам обмотки статора подвести двухфазную систему напряжений (два напряжения, одинаковые по значению и частоте, но сдвинутые по фазе относительно друг друга на 90°). Для получения двухфазной системы напряжений можно воспользоваться трехфазной линией с нулевым проводом, включив обмотки статора так, как показано на рис. 16.8, а: одну обмотку — на линейное напряжение UAB,а другую — на фазное напряжение Uc через автотрансформатор AT (для выравнивания значения напряжений на фазных обмотках двигателя). Возможно включение двигателя и без нулевого провода (рис. 16.8, б), но в этом случае напряжения на обмотках двигателя будут сдвинуты по фазе на 120°, что приведет к некоторому ухудшению рабочих свойств двигателя.
Читайте также:
lektsia.com
Асинхронный конденсаторный двигатель имеет на статоре две обмотки, занимающие одинаковое число пазов и сдвинутые в пространстве относительно друг друга на 90 эл. град. Одну из обмоток — главную — включают непосредственно в однофазную сеть, а другую — вспомогательную — включают в эту же сеть, но через рабочий конденсатор Сра6 (рис. 16.7, а).
В отличие от рассмотренного ранее однофазного асинхронного двигателя в конденсаторном двигателе вспомогательная обмотка после пуска не отключается и остается включенной в течение всего периода работы, при этом емкость Сраб создает фазовый сдвиг между токами 
и 
.
Таким образом, если однофазный асинхронный двигатель по окончании процесса пуска работает с пульсирующей МДС статора, то конденсаторный двигатель - с вращающейся. Поэтому конденсаторные двигатели по своим свойствам приближаются к трехфазным двигателям.
Необходимая для получения кругового вращающегося поля емкость (мкФ)
Cраб = 1,6
105 IA sin φA / (f1UA k2), (16.4)
при этом отношение напряжений на главной UА и на вспомогательной UB обмотках должно быть
UA /UB = tg φA ≠ 1.
Здесь φA - угол сдвига фаз между током 
и напряжением 
при круговом поле;k = ωBkB/ (wAkA) - коэффициент трансформации, представляющий собой отношение
Рис. 16.7. Конденсаторный двигатель:
а — с рабочей емкостью, б — с рабочей и пусковой емкостями, в — механические характеристики; 1 — при рабочей емкости, 2 — при рабочей и пусковой емкостях
эффективных чисел витков вспомогательной и главной обмоток; kA и kB — обмоточные коэффициенты обмоток статора.
Анализ (16.4) показывает, что при заданных коэффициенте трансформации k и отношении напряжений UA/ UB емкость Сра6 обеспечивает получение кругового вращающегося поля лишь при одном, вполне определенном режиме работы двигателя. Если же и изменится режим (нагрузка), то изменятся и ток IA и фазовый угол φA, а следовательно, и Сраб, соответствующая круговому полю. Таким образом, если нагрузка двигателя отличается от расчетной, то вращающееся поле двигателя становится эллиптическим и рабочие свойства двигателя ухудшаются. Обычно расчет Сраб ведут для номинальной нагрузки или близкой к ней.
Обладая сравнительно высокими КПД и коэффициентом мощности (соs φ1 = 0,80 ÷ 0,95), конденсаторные двигатели имеют неудовлетворительные пусковые свойства, так как емкость Сраб обеспечивает круговое поле лишь при расчетной нагрузке, а при пуске двигателя поле статора эллиптическое. При этом пусковой момент обычно не превышает 0,5МНОМ.
Для повышения пускового момента параллельно емкости Сраб включают емкость Спуск, называемую пусковой (рис. 16.7, б). Величину Спуск выбирают, исходя из условия получения кругового поля статора при пуске двигателя, т. е. получения наибольшего пускового момента. По окончании пуска емкость Спуск следует отключать, так как при небольших скольжениях в цепи обмотки статора, содержащей емкость С и индуктивность L, возможен резонанс напряжений, из-за чего напряжение на обмотке и на конденсаторе может в два-три раза превысить напряжение сети.
При выборе типа конденсатора следует помнить, что его рабочее напряжение определяется амплитудным значением синусоидального напряжения, приложенного к конденсатору Uc. При круговом вращающемся поле это напряжение (В) превышает напряжение сети U1 и определяется выражением
Uc = U1
(16.5)
Рис 16.8. Схемы включения двухфазного двигателя в трехфазную сеть
Конденсаторные двигатели иногда называют двухфазными, так как обмотка статора этого двигателя содержит две фазы. Двухфазные двигатели могут работать и без конденсатора или другого ФЭ, если к фазам обмотки статора подвести двухфазную систему напряжений (два напряжения, одинаковые по значению и частоте, но сдвинутые по фазе относительно друг друга на 90°). Для получения двухфазной системы напряжений можно воспользоваться трехфазной линией с нулевым проводом, включив обмотки статора так, как показано на рис. 16.8, а: одну обмотку — на линейное напряжение UAB, а другую — на фазное напряжение Uc через автотрансформатор AT (для выравнивания значения напряжений на фазных обмотках двигателя). Возможно включение двигателя и без нулевого провода (рис. 16.8, б), но в этом случае напряжения на обмотках двигателя будут сдвинуты по фазе на 120°, что приведет к некоторому ухудшению рабочих свойств двигателя.
studfiles.net
• Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели
По своему устройству однофазный асинхронный двигатель аналогичен трехфазному и состоит из статора, в пазах которого уложена однофазная обмотка (см. рис. 8.8), и короткозамкнутого ротора. Особенность работы однофазного асинхронного двигателя заключается в том, что при включении однофазной обмотки статора С1—С2 в сеть (рис. 16.1) МДС статора создает не вращающийся, а пульсирующий магнитный поток (см. § 9.4) с амплитудой Фmах, изменяющейся от + Фmах до – Фmах При этом ось магнитного потока остается неподвижной в пространстве.
Для объяснения принципа действия однофазного двигателя пульсирующий поток Фmах разложим на два вращающихся в противоположные стороны потока Фпр и Фобр (рис. 16.2), каждый из которых равен 0,5Фmax и вращается с частотой (об/мин)
nпр = nобр = f160/ p = n1
Условимся считать поток Фпр вращающийся в направлении вращения ротора, прямым, а поток Фо6р -обратным. Допустим, что ротор двигателя вращается против часовой стрелки, т. е. в направлении потока Фпр.
Частота вращения ротора n2 меньше частоты вращения магнитного поля статора n1, поэтому скольжение ротора относительно вращающегося потока Фпр будет
sпр = (n1 – n2)/ n1 = s(16.1)
Обратный поток Фобр вращается противоположно ротору, поэтому частота вращения ротора n2 относительно Фобр - отрицательная. В этом случае скольжение ротора относительно Фобр определится выражением
sобр = 
(16.2)
Прямое поле наводит в обмотке ротора ЭДС Е2пр, а обратное поле — ЭДС Е2обр. Эти ЭДС создают в обмотке ротора токи I/2пр и I/2обр.
Известно, что частота тока в роторе пропорциональна скольжению (f2 = sf1). Так как snp < sобр, то частота тока I/2обр намного больше частоты тока I/2пр. Так, для однофазного двигателя с n1 = 1500 об/мин, n2 = 1450 об/мин и f1 = 50 Гц получим:
snp = (1500 - 1450)/ 1500 = 0,033;
f2пр= 0,033 - 50 = 1,8 Гц;
sобр = (1500 +1450)/ 1500 = 1,96;
f2о6р = 1,96 - 50 = 98 Гц.
Рис.16.1 Схема включения однофазного
асинхронного двигателя
Индуктивное сопротивление обмотки ротора току I/2обр во много раз больше ее активного сопротивления (потому что f2обр >>f2пр). Ток I/2о6р является почти чисто индуктивным, оказывающим сильное размагничивающее действие на обратное поле Фобр. В результате обратное поле и обусловленный им момент Мобр оказываются значительно ослабленными и ротор однофазного двигателя вращается и направлении прямого поля под действием момента
М = Мпр - М06р, (16.3)
где Мпр — электромагнитный момент, обусловленный прямым полем.
Рис. 16.2. Разложение пульсирующего магнитного потока на два вращающихся
На рис. 16.3 представлен график зависимости вращающего момента М в функции скольжения s = sпр. Этот график получен путем наложения графиков Мпр = f(snp) и Мо6р = f(sобр)- При малых значениях скольжения s, что соответствует работе двигателя в пределах номинальной нагрузки, вращающий момент М создается главным образом моментом Мпр.
При sпр = sобр = 1 моменты Мпр и Мо6р равны, а поэтому пусковой момент однофазного двигателя равен нулю. Следовательно, однофазный асинхронный двигатель не может самостоятельно прийти во вращение при подключении его к сети, а нуждается в первоначальном толчке, так как лишь при s ≠ 1 на ротор двигателя действует вращающий момент М = Мпр - Мобр
Рис. 16.3. Механические характе- Рис. 16.4. Схема однофазного ристики однофазного асинхронного асинхронного двигателя с пусковой двигателя обмоткой
Приведенные на рис. 16.3 зависимости моментов показывают, что однофазный асинхронный двигатель не создает пускового момента. Чтобы этот момент появился, необходимо во время пуска двигателя создать в нем вращающееся магнитное поле. С этой целью на статоре двигателя помимо рабочей обмотки А применяют еще одну обмотку — пусковую В. Эти обмотки располагают на статоре обычно так, чтобы их оси были смещены относительно друг друга на 90 эл. град. Кроме того, токи в обмотках статора 
и 
должны быть сдвинуты по фазе относительно друг друга. Для этого в цепь пусковой обмотки включают фазосмещающий элемент (ФЭ), в качестве которого могут быть применены активное сопротивление, индуктивность или ем кость (рис. 16.4). По достижении частотой вращения значения близкого к номинальному, пусковую обмотку В отключают с по мощью реле. Таким образом, во время пуска двигатель является двухфазным, а во время работы — однофазным.
Для получения вращающегося магнитного поля посредством двух обмоток на статоре, смещенных относительно друг друга на 90 эл. град, необходимо соблюдать следующие условия (рис. 16.5):
а) МДС рабочей и пусковой обмоток 
и
должны быть и равны и сдвинуты в пространстве относительно друг друга на 90 эл. град;
б) токи в обмотках статора 
и
должны быть сдвинуты по фазе относительно друг друга на 90°.
При строгом соблюдении указанных условий вращающееся поле статора является круговым, что соответствует наибольшему вращающему моменту. При частичном нарушении какого-либо из условий поле статора становится эллиптическим, содержащим обратную составляющую (см. рис. 9.5, б). Обратная составляющая поля создает тормозной момент и ухудшает пусковые свойства двигателя.
Из векторных диаграмм, приведенных на рис. 16.6, видно, что активное сопротивление и индуктивность в качестве ФЭ не обеспечивают получения фазового сдвига между токами в 90°. Лишь только емкость С в качестве ФЭ обеспечивает фазовый сдвиг ψ = 90°. Значение этой емкости выбирают таким, чтобы ток пусковой обмотки 
в момент пуска (s = 1) опережал по фазе напряжение 
, на угол φв, дополняющий угол φА до 90°:
Рис. 16.5. Получение вращающегося магнитного
поля двухфазной системой токов
Если при этом обе обмотки создают одинаковые по значению МДС, то в начальный период пуска вращающееся поле окажется круговым и двигатель будет развивать значительный начальный пусковой момент. Однако применение емкости в качестве ФЭ часто ограничивается значительными габаритами конденсаторов, тем более что для получения кругового поля требуются конденсаторы значительной емкости. Например, для однофазного двигателя мощностью 200 Вт необходима емкость 30 мкФ при рабочем напряжении 300—500 В.
Получили распространение однофазные двигатели с активным сопротивлением в качестве ФЭ. При этом повышенное активное сопротивление пусковой обмотки достигается тем, что она выполняется проводом уменьшенного сечения (по сравнению с проводом рабочей обмотки). Так как эта обмотка включена на непродолжительное время (обычно несколько секунд), то такая ее конструкция вполне допустима. Пусковой момент таких двигателей обычно не превышает номинального, но это вполне приемлемо при пуске двигателей при небольшой нагрузке на валу.
Рис. 16.6. Сравнение свойств фазосмещающих элементов:
а — активное сопротивление, б — индуктивность, в — емкость, г — механические характеристики двигателя при различных фазосмещающих элементах; 1 — активное сопротивление; 2 — емкость
Применение емкости в качестве ФЭ позволяет получить пусковой момент Мп = (1,6÷2,0) Мном. На рис. 16.6, г приведены механические характеристики однофазного асинхронного двигателя при различных ФЭ. Для большей наглядности значения момента даны в относительных единицах.
studfiles.net
